任宏 劉相彤

摘要：對(duì)通用航空小型飛機(jī)飛機(jī)在低空飛行的特性進(jìn)行總結(jié)分析，對(duì)低空狀態(tài)下的地標(biāo)識(shí)別和無(wú)線電領(lǐng)航特點(diǎn)、飛行儀表觀測(cè)和風(fēng)切變等現(xiàn)象進(jìn)行研究。對(duì)小型飛機(jī)獨(dú)有的飛行特性進(jìn)行歸納，為更好的研究小型飛機(jī)提供參考。

關(guān)鍵詞：低空飛行；低空風(fēng)切變；小型飛機(jī)；飛行預(yù)警

相比大型飛機(jī)，通用航空的飛行有自己的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)通用航空的飛行特點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，為以小型飛機(jī)為目標(biāo)的研究提供借鑒意義。

通用航空飛行器在飛行高度上多處于2000米左右的低空飛行。此處低空飛行的定義是由美國(guó)法令所公布的3000米以下為低空，這個(gè)低空標(biāo)準(zhǔn)受到很多國(guó)家的認(rèn)可。低空空域一般不會(huì)對(duì)常規(guī)的運(yùn)輸航空線路產(chǎn)生影響。那么在小型飛機(jī)的低空飛行上，有著以下幾個(gè)特點(diǎn)。

1利用地標(biāo)分辨航向

由于低空飛行視野小、地形復(fù)雜的特點(diǎn)，飛行員視線受阻無(wú)法觀測(cè)到遠(yuǎn)處目標(biāo)，較難看到地標(biāo)的全貌和其它相關(guān)地點(diǎn)[1]；低空飛行的高度低，飛機(jī)與地面間的移動(dòng)角速度大于與空中的，觀測(cè)地標(biāo)的時(shí)間就因此縮短。隨著高度降低，飛行速度增加，地標(biāo)辨認(rèn)就越發(fā)困難。但是低空飛行的一個(gè)好處是方便觀測(cè)一些高空難以識(shí)別的小地標(biāo)，比如體積很大的建筑.不僅能夠識(shí)別，而且能夠看清各個(gè)側(cè)面，感受出明顯的立體性，因此可利用的地標(biāo)會(huì)比高空飛行多[2]。

據(jù)此，處于低空飛行條件下的飛機(jī)，在飛行時(shí)可以利用小地標(biāo)來(lái)定位飛機(jī)位置，同時(shí)，查詢和定位地標(biāo)的核心應(yīng)該重點(diǎn)放在精準(zhǔn)的航跡方向和預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間計(jì)算。

2使用無(wú)線設(shè)備領(lǐng)航

在低空飛行狀態(tài)下，飛機(jī)領(lǐng)航無(wú)線電會(huì)受到地波繞射和亂反射的影響，其中中、長(zhǎng)波的無(wú)線電影響最大。低空條件下，無(wú)線電準(zhǔn)確性較中高空低，有效距離也會(huì)降低。

飛機(jī)上的探測(cè)雷達(dá)的距離雖然也受高度的影響（低空距離更短），但是仍然長(zhǎng)于目視距離。并且地面的回波性大于空中，可觀測(cè)地標(biāo)也多于空中，如一些小的湖泊和廠房等都可以在顯示器中顯示。因此，合理發(fā)揮飛機(jī)雷達(dá)的探測(cè)作用能夠很好的補(bǔ)足由于視界狹窄看不清地標(biāo)的缺陷。

3氣象影響大

低飛行高度下雖然風(fēng)速降低，但是地形復(fù)雜、風(fēng)向多變，難以掌握變化規(guī)律。因此，飛行過(guò)程中要根據(jù)地形情況對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。低空條件下，風(fēng)向多變、氣流不穩(wěn)、能見度低的現(xiàn)象會(huì)較多發(fā)生。

4低空風(fēng)切變發(fā)生多

風(fēng)切變是風(fēng)向空間率的特點(diǎn)之一，其實(shí)質(zhì)是空間上兩個(gè)點(diǎn)間距離的風(fēng)矢量差，因此它是一個(gè)向量值。這個(gè)值反映想要探測(cè)區(qū)域的兩點(diǎn)間的風(fēng)速和風(fēng)向變化。在實(shí)際飛行過(guò)程中，真正對(duì)飛行安全產(chǎn)生威脅的是低空風(fēng)切變，即600m高度下的風(fēng)切變現(xiàn)象[3]。

不是所有的低空風(fēng)切變現(xiàn)象都會(huì)對(duì)飛行產(chǎn)生影響，其程度受風(fēng)切變的強(qiáng)度影響。計(jì)算風(fēng)切變的強(qiáng)度通常會(huì)取空氣層垂直厚度30m，取2分鐘風(fēng)資料的平均值。0.1 （11秒）以上的垂直切邊就會(huì)對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生威脅。低空風(fēng)切變分為水平風(fēng)的水平切變、水平風(fēng)的垂直切變、垂直風(fēng)的切變，下面對(duì)每種切變的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逐一分析。

1）表1是水平風(fēng)的垂直切變強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

2）水平風(fēng)的水平切變強(qiáng)度一般采用美國(guó)發(fā)布的低空風(fēng)切變報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)采用的低空風(fēng)切變警報(bào)系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)上設(shè)有6個(gè)測(cè)風(fēng)站點(diǎn)，包括1個(gè)中心站和5個(gè)風(fēng)站。每個(gè)分站與中心站距離大約3km，只要任一風(fēng)站到中心站的風(fēng)矢量差超過(guò)7.7m/s即報(bào)警。

3）垂直風(fēng)切變的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)：垂直風(fēng)切變的強(qiáng)度，主要由同一空間內(nèi)兩點(diǎn)間垂直風(fēng)的大小決定。

在垂直風(fēng)切變中，其特征由風(fēng)切變的行程原因決定，不同原因行程的風(fēng)切變對(duì)飛行的影響程度也不一致，在下表中展示了常見的風(fēng)切變類型和實(shí)踐空間特征。從下表可以看出外流水平在4km以下的微下沖氣流對(duì)飛行威脅最為嚴(yán)重。

5低空風(fēng)切變的影響

由于風(fēng)切變?cè)?00m以下形成低空風(fēng)切變時(shí)才會(huì)對(duì)飛行產(chǎn)生較大危害，從高度上看可以發(fā)現(xiàn)主要在飛機(jī)起飛和降落時(shí)會(huì)發(fā)生。根據(jù)飛機(jī)在飛行過(guò)程中的不同場(chǎng)景，可以風(fēng)切變分為四種類型，對(duì)不同類型的風(fēng)切變對(duì)飛行的影響進(jìn)行研究[4]。

順風(fēng)切變：飛機(jī)在飛行過(guò)程中會(huì)跨越不同的風(fēng)區(qū)域，在從小的順風(fēng)區(qū)飛進(jìn)大的順風(fēng)區(qū)，從逆風(fēng)區(qū)進(jìn)入到順風(fēng)區(qū)或者沒有風(fēng)的區(qū)域等場(chǎng)景下會(huì)產(chǎn)生順風(fēng)切變。所產(chǎn)生的現(xiàn)象通常是飛行速度驟然降低，升力下降，飛行高度降低。在此場(chǎng)景下會(huì)產(chǎn)生三種情況：（1）當(dāng)風(fēng)切變層高于跑道時(shí)，駕駛員可以采取加大油門來(lái)使飛機(jī)的飛行高度高于下滑線之后改出，安全著陸；（2）當(dāng)風(fēng)切變層低于跑道時(shí)，駕駛員來(lái)不及完成所有的修正行為，會(huì)造成飛機(jī)滑跑長(zhǎng)度增加，甚至?xí)袥_出跑道的現(xiàn)象；（3）當(dāng)風(fēng)切變層遠(yuǎn)低于跑道時(shí)，駕駛員無(wú)法開始修正行為，會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)未到跑道就觸地。

逆風(fēng)切變：不同于順風(fēng)切變，逆風(fēng)切變剛好相反。當(dāng)從小的逆風(fēng)區(qū)域飛進(jìn)大的逆風(fēng)區(qū)域、從順風(fēng)區(qū)飛進(jìn)更小的順風(fēng)區(qū)、逆風(fēng)區(qū)或者沒有風(fēng)的區(qū)域時(shí)，會(huì)造成飛機(jī)飛行速度驟然增加，升力變大，飛機(jī)飛行高度上升。逆風(fēng)切變的危害相對(duì)于順風(fēng)切變較低，飛行員可以通過(guò)消耗過(guò)高的空速?gòu)亩鴮w行狀態(tài)改正。依據(jù)逆風(fēng)切變相對(duì)于跑道的高度不同，也會(huì)有三種不同的情況產(chǎn)生：（1）當(dāng)風(fēng)切變層高于跑道時(shí)，駕駛員時(shí)間充裕，可以完成飛機(jī)改出動(dòng)作，安全著陸；（2）當(dāng)風(fēng)切變層低于跑道時(shí)，駕駛員無(wú)法完成全部修正行為，會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)在尚未到達(dá)跑道時(shí)即觸地；（3）當(dāng)風(fēng)切變層遠(yuǎn)低于跑道時(shí)，駕駛員無(wú)法開始修正行為，在速度過(guò)快的情況下會(huì)使飛機(jī)有沖出跑道的幾率。

另外兩種風(fēng)切變分別是側(cè)風(fēng)切變和垂直風(fēng)切變，側(cè)風(fēng)切變是當(dāng)飛行行為跨越不同的側(cè)風(fēng)區(qū)域到達(dá)另外一種不同的側(cè)風(fēng)狀態(tài)。在這種狀態(tài)下飛機(jī)著陸會(huì)因側(cè)風(fēng)切變導(dǎo)致側(cè)滑、帶坡度，從而產(chǎn)生航向偏離。而此時(shí)如果飛行員沒有足夠時(shí)間進(jìn)行航向修正，則會(huì)導(dǎo)致著陸滑跑偏離。垂直風(fēng)切變是在飛行行為從弱的升降氣流區(qū)域進(jìn)入強(qiáng)的升降氣流區(qū)域時(shí)發(fā)生。所造成的影響體現(xiàn)在飛機(jī)的飛行高度、空速、俯仰和桿力上，會(huì)發(fā)生很明顯的高度下降，往往突然發(fā)生，感受強(qiáng)烈，具有極大危害。

6低空風(fēng)切變的預(yù)防措施

氣象部門可以通過(guò)探測(cè)手段來(lái)提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，當(dāng)提前獲取到低空風(fēng)切變信息時(shí)，要對(duì)機(jī)組即使的進(jìn)行通報(bào)預(yù)警，為管制部門人員提供充分的準(zhǔn)備時(shí)間。與管制部門充分配合，互相協(xié)調(diào)，一個(gè)部門發(fā)現(xiàn)低空風(fēng)切變現(xiàn)象時(shí)要及時(shí)向另外部門通報(bào)。

管制部門要配合好氣象部門和飛機(jī)機(jī)組工作人員的工作，當(dāng)接收到氣象部門傳來(lái)的消息時(shí)要即使的進(jìn)行通報(bào)，為機(jī)組預(yù)留充足的反應(yīng)時(shí)間。在機(jī)場(chǎng)跑道附近出現(xiàn)風(fēng)向異常情況時(shí)，要將具體情況及時(shí)的通報(bào)機(jī)組人員，提醒有低空風(fēng)切變出現(xiàn)的可能。當(dāng)確認(rèn)低空風(fēng)切變現(xiàn)象已經(jīng)發(fā)生時(shí)，管制人員除了持續(xù)性的通報(bào)風(fēng)切變的變化狀態(tài)外，也要向其它航空器進(jìn)行低空風(fēng)切變發(fā)生的通報(bào)，使危害降到最低。低空風(fēng)切變現(xiàn)象大多持續(xù)時(shí)間較短，為十幾分鐘左右，在此時(shí)間內(nèi)應(yīng)該暫停起降行為，或者改變起降跑道來(lái)規(guī)避低空風(fēng)切變。

飛行員在應(yīng)對(duì)風(fēng)切變現(xiàn)象的行為直接影響飛行的安全與否，因此，飛行員不僅要掌握低空風(fēng)切變的知識(shí)，還要有優(yōu)異的飛行技術(shù)。在飛行過(guò)程中，隨時(shí)要有風(fēng)切變現(xiàn)象發(fā)生的心理準(zhǔn)備，尤其是在飛機(jī)起降的時(shí)間段，對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)風(fēng)切變現(xiàn)象的機(jī)場(chǎng)，要時(shí)刻關(guān)注氣象實(shí)況、機(jī)場(chǎng)通報(bào)等，同時(shí)要加強(qiáng)目視觀察，在關(guān)鍵時(shí)刻做出正確的決斷，如延遲起飛，延遲降落等。同時(shí)合理利用飛行儀表的姿態(tài)反饋和氣象雷達(dá)，發(fā)現(xiàn)姿態(tài)及氣象異常要立刻警覺，提前做好風(fēng)切變現(xiàn)象可能發(fā)生的心理準(zhǔn)備。

在低空風(fēng)切變現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，飛行員要保持冷靜，及時(shí)調(diào)整飛機(jī)航向，爭(zhēng)取飛機(jī)飛行高度，停止進(jìn)近行為，同時(shí)與管制部門溝通復(fù)飛，隨時(shí)通報(bào)低空風(fēng)切變的變化。管制人員要密切的配合處于低空風(fēng)切變中的飛機(jī)，通報(bào)其他飛機(jī)避讓，了解低空風(fēng)切變的具體參數(shù)，如高度、風(fēng)速、風(fēng)向、強(qiáng)度等等，并且將數(shù)據(jù)通報(bào)給其他飛機(jī)，確保其他飛行器有足夠的反應(yīng)時(shí)間，避免相撞。

7通用航空低空飛行特性總結(jié)及借鑒意義

根據(jù)以上分析，小型飛機(jī)飛行有以下特點(diǎn)：能看清地面但是視界小，查找地標(biāo)難度大；無(wú)線電領(lǐng)航作用距離減小，使用場(chǎng)景受限；風(fēng)速小但是變化多，遇到低空風(fēng)切變概率增加。在低空風(fēng)切變的應(yīng)對(duì)上，需要機(jī)組人員和管制部門、氣象部門相互配合，不僅飛行員需要有低空風(fēng)切變的相關(guān)預(yù)警能力，氣象部門和管制部門同樣需要。對(duì)于地空之間的配合要在平時(shí)加強(qiáng)培訓(xùn)，確保在危機(jī)發(fā)生時(shí)能夠做出快速的反應(yīng)。飛行員也要加強(qiáng)自己的飛行技術(shù)水準(zhǔn)，提高在危機(jī)狀況下的處理能力。低空風(fēng)切變的危害十分巨大，提前預(yù)警和防范才是最好的解決措施，因此，在設(shè)計(jì)中航線導(dǎo)航和氣象預(yù)警上可以多做考慮。研究表明，在低空風(fēng)切變產(chǎn)生前的10—60s之前探測(cè)到，并且及時(shí)給出預(yù)警，能夠避免很多飛行事故的發(fā)生。因此，在加強(qiáng)飛行員的目視判別能力之余，及時(shí)的對(duì)風(fēng)向趨勢(shì)發(fā)出預(yù)報(bào)和警告也是一種十分有效的低空風(fēng)切變預(yù)防措施[5]。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)風(fēng)變相高于120°或者在有3m/s以上的風(fēng)速差發(fā)生時(shí)，就會(huì)有風(fēng)切變出現(xiàn)的可能，要提前對(duì)此進(jìn)行預(yù)警[6]。

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